基于三岔交叉的樞紐互通式立交方案設計分析

向青青　程偉

摘要 文章結合兩條高速公路三岔交叉的樞紐互通的工程實例，為有效確保主交通線的連貫性，對互通匝道及主線連接部位立交方案實施科學驗算，評估該部位實際服務能力?；谠摌屑~互通式立交設計，實施專業(yè)分析可知：為有效確保該部位的實際通行能力及交通通行安全，并最大限度地保證道路主線的連貫性，對原設計T型樞紐互通實施優(yōu)化和改進，采用Y型主線分合流結構形式，大大提升交通通行的安全性和流暢性。

關鍵詞 三岔交叉;樞紐互通;立交方案設計

中圖分類號 U412.35 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）11-0043-03

引言

近年來，我國的公路交通壓力越來越大，許多長期運營的樞紐互通式立體交叉已遠遠不能滿足實際需求，經(jīng)常造成大規(guī)模堵車現(xiàn)象，交通安全事故頻發(fā)。為此，如何科學合理地進行三岔交叉樞紐互通式立交方案設計，全面提升其服務水平及安全通行能力，已成為亟須解決的問題[1-2]。文章根據(jù)某高速公路的樞紐互通立交設計，從實際交通通行需要著手，全方位論述了通行性能、服務水平以及通行安全在互通式立交設計中的具體應用，深入分析了設計方案的科學性及合理性。

1 基于交通需求的流線形式

交通流線形式不僅要滿足幾何尺寸、通行安全的具體要求，還要滿足實際的交通需要。對通行能力造成影響因素的除車道數(shù)量外，最主要的便是行車速度。因此匝道線形等級和行車速度、行車速度和通行能力之間互相影響、相互制約[3-5]。匝道形式與其他要素關系如圖1所示。

2 工程設計概況

該項目為高速三岔交叉互通式立交，A高速公路（甲地至丙地）基本概況：設計車速120 km/h，雙向六車道，規(guī)劃路基寬度為34.5 m;B高速公路（乙地至丙地）概況：設計車速120 km/h，雙向四車道，規(guī)劃路基寬度27 m。A、B工程全部處于設計環(huán)節(jié)，且二者進度總體相同。

因A、B兩工程主線路交通量大，設計標準存在顯著差異，若僅從互通結構形式和線形方面進行論證，無法證明設計方案的合理性。為此，文章全面分析交通流連貫性、匝道線路及匝道與主線路連接部位通行性能和服務水平。

2.1 主交通流線的連續(xù)性

該高速公路工程為A、B兩高速互通項目，但由于A高速為雙向六車道、B高速為雙向四車道，從技術層面出發(fā)，應將甲地至丙地方向設置成連續(xù)主線[圖2（a）]。若根據(jù)業(yè)主要求實現(xiàn)單個項目連貫性，宜將乙地至丙地方向設置成連續(xù)主線[圖2（b）]。

2.1.1 匝道基本段通行能力與交通流線形式的適應性

該項目三岔交叉中道路流線為：甲地至丙地方向主線連續(xù)[圖2（a）];乙地至丙地方向主線連續(xù)[圖2（b）]。

由圖2可知，在甲地至丙地方向轉向小時車輛通行量為2 895 pcu/h，基本與設計車速80 km/h雙車道匝道設計小時通行量最大值2 900 pcu/h相同，同時，由于主線為雙向六車道設計，因此不能采用乙地至丙地主線連續(xù)，甲地至丙地方向匝道連接的形式。乙地至丙地方向轉向小時車輛通行量為2 581 pcu/h，能夠采取設計速度為80 km/h雙車道匝道方式并入甲地至丙地方向。

2.1.2 匝道—主線連接處通行能力與交通流線形式的適應性

乙地至丙地方向轉向小時交通量，盡管可以通過匝道形式并入甲地至丙地方向，但由于甲地至丙地方向主線車輛通行量巨大，因此必須更加深入的檢驗連接位置交通性能和服務性能是否符合實際交通需要。入口匝道—主線連接部位具體驗算方式，如圖3所示。

該工程上游和下游匝道相距較遠，相鄰匝道不影響分析匝道，故PFM應用如下公式計算：

（1）

式中，PFM——在合流位置上游主線車道1和車道2總體的道路交通流量和該方向的總體道路流量之間的比率（%）;LA——加速車道實際長度（m），根據(jù)《公路路線設計規(guī)范》LA取400 m。

（2）

式中，Q12——進入合流干擾范圍內(nèi)的主線道路最大流量（pcu/h）;QF——匝道位置行車道駛向合流區(qū)的最大通行量（pcu/h）;PFM——在合流方向主線上游車道1和車道2總體的道路車輛通行量和該方向總體車輛通行量之間的比值（%）。

（3）

式中，Q12——進入合流內(nèi)主線最大流量（pcu/h）;QR——匝道最大通行量（pcu/h）。

結合“公路交通性能研究”QR12>CR12=3 600但總的車輛通行量QFO=5 476

（4）

式中，KR——合流影響區(qū)每千米的車流量（pcu/km）;其余指標參數(shù)依據(jù)式（1）～式（3）。

結合“公路交通性能研究”（表1）能夠證明該匝道綜合服務性能為四級。

表1 高速公路分、合流干擾區(qū)行車流量

序號 服務水平 pcu車流密度/（km·1n）

1 一級 ≤7.0

2 二級 >7.0～12.0

3 三級 >12.0～18.0

4 四級 >18.0～25.0

5 五級 >25.0～35.0

6 六級 >35.0

出口匝道—主線連接處合理性驗算，見圖4。

（5）

式中，PFD——在分流位置上游主線車道1和車道2總體的道路交通流量和該方向的總體道路流量之間的比率（%）;QF——駛入分流區(qū)的通行量;QR——匝道最大通行量。

（6）

式中，QR12——進入分流干擾區(qū)域內(nèi)的主線車道最大流量（pcu/h）;QFO——汽車駛出道路分流影響區(qū)域的總車輛通行量（pcu/h）;PFD——在分流方向主線車道1和車道2總體的道路車輛通行量和該方向總體車輛通行量之間的比值（%）。7186E111-C71D-4931-B932-5B46AAE441C0

結合“公路交通性能研究”QR12>C12=3 400但總的車輛通行量QF=5 476

（7）

式中，KR——分流干擾區(qū)內(nèi)車輛通行量（pcu/km）;LD——減速車行道實際長度（m），根據(jù)《公路路線設計規(guī)范》LD取225 m。其余指標參數(shù)依據(jù)式（6）。

結合“公路交通性能研究”（表1）能夠斷定該匝道實際服務性能為四級。

《公路立體交叉設計細則》表明，互通式匝道的出、入口位置以及與主線連接部位的服務水平相較于主線可降低一個等級，但最低應為四級。由分合流干擾區(qū)域交通通行性能效果圖可知，該干擾區(qū)域內(nèi)的通行狀況及實際服務性能涉及主線外部區(qū)域，若服務水平較低，會嚴重降低主線的通行性能和服務水平[6-8]?；诖耍瑳Q定互通設計應采用主線分流與合流的結構類型。

2.2 互通式立體交叉方案研究

互通式立體交叉方案，如圖5所示。

主線分合流結構立交方案次交通量方向匝道進、出口位置通行能力及服務水平，如表2和表3所示。

通過上表能夠看出，匝道周邊區(qū)域交通流率明顯低于交通通行性能，即車流量相對較小，并且主線分合流結構中匝道進、出口與主線連接部位的服務水平均高于主線服務水平。綜上所述，主線分合流結構滿足了交通通行的實際需求，并確保了交通通行的安全性和穩(wěn)定性，保證了通行性能及交通流線連續(xù)的科學性和合理性，充分證明主線分合流設計方案具有可行性[9-10]。

3 結論

根據(jù)交通需求的互通式立交方案設計，主要是對互通式立體交叉方案實施優(yōu)化和完善，將其設計的要點由線形方面轉變?yōu)榻煌ㄍㄐ行阅芎屯ㄐ邪踩Ｍㄐ行阅芎头账降尿炞C是設計中最關鍵的環(huán)節(jié)，對方案設計有決定性作用。

互通一致性和連貫性是有效確保交通通行安全的重要設計原則，出口的合理性、車道的連貫性以及暢通性是設計的重中之重。車道連貫性主要涉及交通主線路的連貫性、車道通行的連貫性、行車速度的連貫性。相關技術標準規(guī)定，匝道出、入口位置以及與主線連接部位的服務水平相較于主線可降低一個等級，但最低不得低于四級，服務水平要盡可能和主線保持相同。

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收稿日期：2022-04-06

作者簡介：向青青（1989—），男，本科，工程師，研究方向：公路路線與橋梁設計。7186E111-C71D-4931-B932-5B46AAE441C0